一種制作人工巖石模型的熱壓模具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種制作人工巖石模型的熱壓模具，屬于油氣勘探和開發(fā)的地球物理研究技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前石油、礦產(chǎn)、地質(zhì)研究實驗需要大量巖石樣品，但露頭樣品大多風(fēng)化嚴(yán)重，加工較為困難;巖心樣品數(shù)量少，獲取難度更大;部分天然樣品非均質(zhì)性較強，測試數(shù)據(jù)難以用于理論研究;影響天然樣品性質(zhì)的因素較多，難以進行針對性的研究。由于人工巖石模型的孔隙度、滲透率可以控制，因此常用人工巖石模型替代天然樣品進行各種實驗。
[0003]目前人工巖石模型通常通過成型模具和壓力機進行壓制，具體方式如下:首先將含有膠結(jié)劑的人工巖石顆粒灌入模具中鋪展平整，再將硬質(zhì)板如厚鋼板壓頭放置于其表面，通過壓力機對壓頭加壓，使人工巖石顆粒壓縮并固結(jié)成型。
[0004]具體舉例來說，對于頁巖而言，國內(nèi)外對人工頁巖的研究非常少，雖然后來出現(xiàn)采用常溫條件下壓結(jié)(冷壓法)的工藝，將以高嶺土作為粘土組分的混合物料壓實成塊，該工藝與天然頁巖實際的成巖環(huán)境和成巖機理有著較大的出入，其中一個很大的問題在于:冷壓法不可能考慮到干酪根在成巖過程中所溫度的變化。而考慮到干酪根對頁巖的巖性及物性都具有顯著的影響并且對油氣的生成也有最直接關(guān)聯(lián)和至關(guān)重要的作用，忽視這一問題必將導(dǎo)致物理模型存在天然的缺陷，從而影響后續(xù)的分析及應(yīng)用。
[0005]此外，現(xiàn)有技術(shù)中的制作人工巖石模型的模具通常是使用普通碳鋼制造而成，這主要是因為普通碳鋼脆性小，具有一定的塑性，能夠承受壓制過程中的極大壓力，不易發(fā)生崩裂。然而，在實際制作人工巖石模型的過程中發(fā)現(xiàn)這種材質(zhì)的模具磨損很嚴(yán)重，這導(dǎo)致模具使用周期短，所得到的人工巖石模型表面粗糙，均一性差等。究其原因，很有可能是用于制作人工巖石模型的石英材料的莫氏硬度(Mohs’scale of hardness)大于用于制作人工巖石模型的模具的普通碳鋼的莫氏硬度。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的目的在于提供一種制作人工巖石模型的熱壓模具。該模具不僅具有較好的抗磨損性能及承壓性能，還特別適用于制作含干酪根的頁巖物理模型等需熱壓成型的人工巖石模型。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種制作人工巖石模型的熱壓模具，該熱壓模具至少包括模具本體以及模具壓頭;其中，
[0008]所述模具本體具有用于制作人工巖石模型的空腔，空腔的底部設(shè)置有底座，空腔及底座的四周具有耐磨層，耐磨層的外側(cè)表面具有承壓層，承壓層的上表面、下表面及外側(cè)表面具有絕熱層，底座與耐磨層之間緊密接觸，耐磨層與承壓層之間緊密接觸，承壓層與絕熱層之間緊密接觸，并且在承壓層中設(shè)置有熱電偶以及若干加熱器；
[0009]所述模具壓頭的前端面為與模具本體的空腔橫截面形狀一致的平面?？梢岳斫猓＞邏侯^通常為與空腔腔體相匹配的柱體形狀。
[0010]在上述的制作人工巖石模型的熱壓模具中，優(yōu)選地，空腔的橫截面為矩形、圓形、橢圓形、三角形或平行四邊形，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)所想壓制的人工巖石模型樣品的具體形狀可將空腔設(shè)置成相應(yīng)的形狀。通常，空腔的橫截面積為25?400cm2，空腔的深度為7?40cm。根據(jù)本實用新型的一具體實施方案，本實用新型的制作人工巖石模型的熱壓模具中，所述空腔的橫截面為(5?20)cmX (5?20)cm的矩形。其中，若是空腔的橫截面為帶有夾角的形狀例如三角形或者平行四邊形等，可能夾角處在加壓過程中會引起受力不均，影響最終模型效果，但此時只需在模型成型后，按照需要的形狀進行切割即可。可以理解，空腔的深度要大于所要制作的人工巖石模型的高度，以便于將人工巖石模型壓實。優(yōu)選地，空腔的深度通常是按照人工巖石模型的長、寬或高度的1.5?2倍的比例設(shè)計。
[0011]在上述的制作人工巖石模型的熱壓模具中，優(yōu)選地，所述耐磨層為一體成型的淬火鋼耐磨層或一體成型的硬化鋼耐磨層或由多塊淬火鋼板和/或硬化鋼板圍成的耐磨層，所述承壓層為一體成型的碳鋼承壓層(更優(yōu)選為一體成型的45#普通鋼承壓層)，所述絕熱層為玻璃纖維絕熱層、石棉絕熱層、巖棉絕熱層或硅酸鹽絕熱層等，所述模具壓頭為淬火鋼模具壓頭，所述底座為淬火鋼底座。關(guān)于耐磨層，淬火鋼板和/或硬化鋼板的數(shù)量可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)空腔的具體形狀進行設(shè)計，例如，當(dāng)空腔橫截面為矩形時，可以采用四塊淬火鋼板和/或硬化鋼板圍成的耐磨層；當(dāng)空腔橫截面為圓形時，可以采用兩塊半圓淬火鋼板和/或硬化鋼板圍成的耐磨層進行拼接即可。關(guān)于絕熱層，也可以采用多塊玻璃纖維板、多塊石棉板、多塊巖棉板或多塊硅酸鹽板拼接而成，只要緊密包裹承壓層的上表面、下表面及外側(cè)表面即可。采用絕熱層包裹承壓層時，應(yīng)至少使包裹后的模具本體的底面在同一水平面上，也就是說，可以至少使耐磨層的外側(cè)表面的下部緊密接觸絕熱層。
[0012]在上述的制作人工巖石模型的熱壓模具中，優(yōu)選地，所述耐磨層的厚度為1.5?5.5cm，所述承壓層的厚度為6?16cm，所述絕熱層的厚度為2?4cm，所述底座的厚度為2?4cm ο
[0013]在上述的制作人工巖石模型的熱壓模具中，優(yōu)選地，所述加熱器的數(shù)量為6?10個。這些加熱器可以在承壓層中均勻布置。
[0014]在上述的制作人工巖石模型的熱壓模具中，優(yōu)選地，所述模具壓頭的側(cè)壁面設(shè)有多條貫通上下的導(dǎo)氣凹槽。更優(yōu)選地，所述導(dǎo)氣凹槽的深度為0.3?1mm。通常柱體形狀的模具壓頭可無縫嵌入到模具本體的空腔中，模具壓頭側(cè)面與模具本體的空腔內(nèi)壁(即耐磨層)的貼合度高，加壓過程中，壓頭下壓，排出腔體內(nèi)空氣，在腔體內(nèi)部產(chǎn)生負壓，很難將壓頭再次取出，因此，在壓頭的側(cè)壁面設(shè)置導(dǎo)氣凹槽，導(dǎo)氣凹槽的設(shè)置可以在不影響樣品壓結(jié)成型的前提下，使腔體內(nèi)外壓力平衡，便于粉末或顆粒材料的填裝及加壓制作。
[0015]在上述的制作人工巖石模型的熱壓模具中，優(yōu)選地，所述承壓層的上表面、下表面及外側(cè)表面與所述絕熱層之間通過螺絲固定連接。螺絲的數(shù)量可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員進行常規(guī)選擇。
[0016]根據(jù)本實用新型的【具體實施方式】，優(yōu)選地，上述的制作人工巖石模型的熱壓模具還包括若干脫模固定板(也可以稱為把手)，它們對稱設(shè)置于所述絕熱層的外側(cè)表面。脫模固定板可以通過常規(guī)方式連接于絕熱層的外側(cè)表面，其主要起到在脫模的過程中抬升所述模具本體的作用。
[0017]在上述的制作人工巖石模型的熱壓模具中，優(yōu)選地，所述絕熱層的底部設(shè)置有支撐腳。支撐腳的數(shù)量可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員進行常規(guī)選擇，其作用是用于支持所述模具本體，并使其穩(wěn)定地放置于壓力機的工作臺面上。
[0018]根據(jù)本實用新型的【具體實施方式】，優(yōu)選地，上述的制作人工巖石模型的熱壓模具還包括基板，所述基板設(shè)置于所述模具本體的底部，并且與所述底座、耐磨層和絕熱層緊密接觸。所述基板可以為淬火鋼基板，其厚度可以為I?4cm?？梢酝ㄟ^螺絲固定連接基板與絕熱層。此外，更優(yōu)選地，所述基板的底部設(shè)置有支撐腳。
[0019]本實用新型中所述的淬火鋼、硬化鋼、碳鋼(包括45#普通鋼)均為現(xiàn)有技術(shù)的鋼材。本實用新型中所述的玻璃纖維、石棉、巖棉及硅酸鹽均為現(xiàn)有技術(shù)的絕熱材料。
[0020]本實用新型提供的制作人工巖石模型的熱壓模具可以置于壓力機中使用，其中的熱電偶及加熱器可以連接于溫度調(diào)節(jié)儀，以便于對模具進行升溫和控溫;壓頭可以連接壓力機的壓力缸，并可以采用壓力控制器對加壓的壓力進行調(diào)控。
[0021]本實用新型提供的制作人工巖石模型的熱壓模具尤其適用于制作含干酪根的頁巖物理模型等需熱壓成型的人工巖石模型，為了提高人工巖石模型的均質(zhì)性，可利用本實用新型的制作人工巖石模型的熱壓模具按照如下操作制作人工巖石模型:
[0022]在人工巖石模型制作過程中采用分層填裝加壓的方式，例如:將混合物料逐層鋪放入模具本體的空腔中，并在每鋪放一層混合物料后(鋪放一層混合物料的厚度如約為I?5cm)，放入壓頭，進行預(yù)壓實(例如可以將模具放在壓力機上，通過壓頭加載至目標(biāo)壓力并保持壓力水平一定時間；或者也可以敲擊壓頭頂面若干下，例如可以使用橡膠錘猛力敲擊200?300下)，得到裝有混合物料的模具;將所述裝有混合物料的模具放在壓力機上，常溫條件下，通過壓頭加載至目標(biāo)壓力(該壓力應(yīng)比之前的預(yù)壓實壓力大)，并保持壓力水平一定時間進行最終預(yù)壓實處理，然后對模具進行加熱，待模具內(nèi)混合物料受熱均勻后，將壓力調(diào)節(jié)到更大并保持恒定，在此恒定的溫度和壓力條件下保溫保壓一段時間，待保溫保壓時間到達設(shè)定值，卸去壓力并停止保熱后，將模具溫度調(diào)至較低溫度，并保溫一段時間后再進行脫模，得到人工巖石模型。此外，在使用本實用新型的熱壓模具時，應(yīng)先清洗并組裝該熱壓模具，并在模具的空腔內(nèi)壁、底座和壓頭下底面涂抹凡士林或者硅油。在脫模的過程中，可以利用鋼繩連接脫模固定板進而將模具本體抬升起來，同時在絕熱層的下方加入墊塊，墊塊高度可以大于所壓制的人工巖石模型的高度，然后繼續(xù)在壓頭上方緩慢加壓，即可將人工巖石模型取出。
[0023]本實用新型的有益技術(shù)效果主要包括:
[0024]本實用新型的制作人工巖石模型的熱壓模具，淬火鋼和硬化鋼的硬度與制作人工巖石模型